非连续纤维增强复合材料强度分析AME篇

[sherlyn.wan]

作者：严良政

复合材料作为新型先进材料，由于其轻质高强高模特性被应用于航空航天、兵器工业、车辆制造工业、电气设备、化学工程，医疗及体育器材等行业中。其中纤维增强复合材料是应用研究的热点重点，对于纤维增强复合材料（FRP）中的连续纤维增强复合体，通用有限元分析软件ansys，abaqus，nastran 都有现成的功能模块能实现仿真模拟，而对于非连续纤维增强复合体，AutodeskHeliusPFA的AME模块为我们提供了一套完美的仿真模拟解决方案。

对于非连续性纤维增强复合材料，需要从细观力学角度来实现材料的匀质化过程，从而实现用一个匀质材料来代替非匀质材料的实际响应。其中完成匀质化过程最为关键的一环便是需要获取基体内的纤维排向统计数据。AME通过与欧特克经典的模流软件moldflow协同,将前端的纤维排向仿真结果和残余应力map到在通用CAE软件中并行建模完成的结构文件中，并执行匀质化处理、强度预测、材料非线性拟合等功能。经过处理的CAE结构文件，即可进一步的导入到各自的CAE软件中进行相关求解，从而来实现对NCFRP的仿真分析，下面我们给出一个简单的实例。

实例分析：

该实例中右部试样结构由注塑成型，材料为Ultramid B3EG6，纤维含量为30%，我们抠取右部结构中的一部分如左部所示，对其实现静力单向拉伸仿真分析。

图1 右部为从moldflow读取数据文件左部为从Abaqus读取的数据文件

导入上方文件之后，首先对材料进行非线性拟合，我们只需要输入材料的应力应变实验数据，点击拟合，就能得到如下结果：

图2 材料拟合结果

通过以上操作，我们便可以获得材料的非线性模型，继而我们可以实现map匀质化过程，对于map过程，操作非常简单，只要轻轻一点map按钮，就能实现匀质化过程，得到纤维排向map结果。

酷炫的很有木有O(∩_∩)O~

完成了map过程便可以将文件导出供后续的仿真分析，通过cmd命令行进入到导出文件所在的目录路径下，运行如下命令：

abq6141job=coupon_output

此时Abaqus便开始兢兢业业的工作了，稍等片刻之后，从获得的odb文件中我们便可以查看结果了。

图5 材料的强度安全系数

我们可以根据获得的结果进行强度失效判断，其中sdv1大于等于2时为失效，小于2时则为不失效。一个复杂的非连续纤维增强复合材料的强度分析就这么轻轻松松的完成了，看到这，你是否也感受到了AME所带给你的简单、强大和便捷(*^__^*)

结构仿真作为制造的一部分，了解产品的性能是非常重要的，AME在制造仿真（模流分析）与结构仿真分析之间提供了可靠的联结互动关系，通过它我们可以将制造仿真中的纤维排向数据和残余应变数据map到我们要进行分析的结构中，并通过选择一种线性或非线性的材料模型来预测基体的受力状态和破坏情况，通过使用健壮的复合材料仿真solver，任何的材料非线性和失效，都可以在设计环节中得到有效的预测。

文毕，撒花O(∩_∩)O。